JP5137923B2 - Electrode paste composition for solar cell - Google Patents
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Description
本発明は、ファイヤースルー法で形成する太陽電池電極用に好適なペースト組成物に関する。 The present invention relates to a paste composition suitable for a solar cell electrode formed by a fire-through method.
例えば、一般的なシリコン系太陽電池は、p型多結晶半導体であるシリコン基板の上面にn+層を介して反射防止膜および受光面電極が備えられると共に、下面にp+層を介して裏面電極(以下、これらを区別しないときは単に「電極」という。)が備えられた構造を有しており、受光により半導体のp−n接合に生じた電力を電極を通して取り出すようになっている。上記反射防止膜は、十分な可視光透過率を保ちつつ表面反射率を低減して受光効率を高めるためのもので、窒化珪素、二酸化チタン、二酸化珪素等の薄膜から成る。 For example, a general silicon-based solar cell is provided with an antireflection film and a light-receiving surface electrode on an upper surface of a silicon substrate which is a p-type polycrystalline semiconductor via an n + layer, and on the lower surface via a p + layer. It has a structure provided with electrodes (hereinafter simply referred to as “electrodes” when they are not distinguished from each other), and power generated at the pn junction of the semiconductor by light reception is taken out through the electrodes. The antireflection film is for reducing the surface reflectance and increasing the light receiving efficiency while maintaining a sufficient visible light transmittance, and is made of a thin film such as silicon nitride, titanium dioxide, or silicon dioxide.
上記の反射防止膜は電気抵抗値が高いことから、半導体のp−n接合に生じた電力を効率よく取り出すことの妨げとなる。そこで、太陽電池の受光面電極は、例えば、ファイヤースルーと称される方法で形成される。この電極形成方法では、例えば、前記反射防止膜をn+層上の全面に設けた後、例えばスクリーン印刷法を用いてその反射防止膜上に導電性ペーストを適宜の形状で塗布し、焼成処理を施す。上記導電性ペーストは、例えば、銀粉末と、ガラスフリット(ガラス原料を溶融し急冷した後に必要に応じて粉砕したフレーク状または粉末状のガラスのかけら)と、有機質ベヒクルと、有機溶媒とを主成分とするもので、焼成過程において、この導電性ペースト中のガラス成分が反射防止膜を破るので、導電性ペースト中の導体成分とn+層とによってオーミックコンタクトが形成される(例えば、特許文献1を参照。)。上記電極形成方法によれば、反射防止膜を部分的に除去してその除去部分に電極を形成する場合に比較して工程が簡単になり、除去部分と電極形成位置との位置ずれの問題も生じない。 Since the above-described antireflection film has a high electric resistance value, it prevents an electric power generated at the pn junction of the semiconductor from being efficiently extracted. Therefore, the light-receiving surface electrode of the solar cell is formed by a method called fire-through, for example. In this electrode forming method, for example, after the antireflection film is provided on the entire surface of the n + layer, a conductive paste is applied on the antireflection film in an appropriate shape by using, for example, a screen printing method, and is fired. Apply. The conductive paste is mainly composed of, for example, silver powder, glass frit (a piece of flaky or powdered glass that is crushed as necessary after melting and quenching the glass raw material), an organic vehicle, and an organic solvent. In the baking process, the glass component in the conductive paste breaks the antireflection film, so that an ohmic contact is formed by the conductive component in the conductive paste and the n + layer (for example, Patent Documents). See 1). According to the above electrode forming method, the process is simplified as compared with the case where the antireflection film is partially removed and an electrode is formed on the removed portion, and there is a problem of misalignment between the removed portion and the electrode forming position. Does not occur.
このような太陽電池の受光面電極形成において、ファイヤースルー性を向上させてオーミックコンタクトを改善し、延いては曲線因子(FF)やエネルギー変換効率を高める等の目的で、従来から種々の提案が為されている。例えば、導電性ペーストに燐・バナジウム・ビスマスなどの5族元素を添加することによって、ガラスおよび銀の反射防止膜に対する酸化還元作用を促進し、ファイヤースルー性を向上させたものがある(例えば、前記特許文献1を参照。)。また、導電性ペーストに塩化物、臭化物、或いはフッ化物を添加することで、ガラスおよび銀が反射防止膜を破る作用をこれら添加物が補助してオーミックコンタクトを改善するものがある(例えば、特許文献2を参照。)。上記ガラスは例えば硼珪酸ガラスである。 In the formation of the light-receiving surface electrode of such a solar cell, various proposals have been made for the purpose of improving the fire-through property and improving the ohmic contact, and thus increasing the fill factor (FF) and energy conversion efficiency. It has been done. For example, by adding a Group 5 element such as phosphorus, vanadium, bismuth or the like to the conductive paste, there is one that promotes the redox action on the glass and silver antireflection film and improves the fire-through property (for example, (See Patent Document 1). In addition, by adding chloride, bromide, or fluoride to the conductive paste, these additives help the glass and silver break the antireflection film, thereby improving ohmic contact (for example, patents). See reference 2.) The glass is, for example, borosilicate glass.
また、85〜99(wt%)の銀および1〜15(wt%)のガラスを含む銀含有ペーストにおいて、そのガラスを15〜75(mol%)のPbOおよび5〜50(mol%)のSiO2を含み、B2O3を含まない組成とすることが提案されている(例えば、特許文献3を参照。)。この銀含有ペーストは、太陽電池の電極形成に用いるものであって、上記組成のガラスを用いることによって、オーミックコンタクトが改善されるものとされている。 In a silver-containing paste containing 85 to 99 (wt%) silver and 1 to 15 (wt%) glass, the glass was mixed with 15 to 75 (mol%) PbO and 5 to 50 (mol%) SiO. comprises 2, it is a composition that does not contain B 2 O 3 has been proposed (e.g., see Patent Document 3.). This silver-containing paste is used for forming an electrode of a solar cell, and the ohmic contact is improved by using the glass having the above composition.
また、銀粉末と、亜鉛含有添加剤と、軟化点が300〜600(℃)の範囲内のガラスフリットとを有機溶媒中に分散した厚膜導電性組成物が提案されている(例えば、特許文献4を参照。)。この厚膜導電性組成物は太陽電池の受光面電極を形成するためのもので、亜鉛を添加することで導電性とはんだ接着性とが改善される。また、同様な目的で、上記亜鉛含有添加剤に代えてマンガン含有添加剤を用いることも提案されている(例えば、特許文献5を参照。)。 Further, a thick film conductive composition in which silver powder, a zinc-containing additive, and a glass frit having a softening point in a range of 300 to 600 (° C.) are dispersed in an organic solvent has been proposed (for example, a patent (Ref. 4). This thick film conductive composition is for forming a light-receiving surface electrode of a solar cell, and conductivity and solder adhesion are improved by adding zinc. For the same purpose, it has also been proposed to use a manganese-containing additive instead of the zinc-containing additive (see, for example, Patent Document 5).
ところで、上述した太陽電池において、受光面電極は入射する太陽光を遮るので、太陽電池セルに入るエネルギー量はその受光面電極の占める面積に応じて減少する。これに対して、受光面電極の線幅を細くして受光面積を増大することが考えられるが、線幅を細くするほど良好なオーミックコンタクトが得られ難くなって接触抵抗が高くなり、延いては電流密度の低下が起こるため、変換効率は却って低下する。 By the way, in the solar cell mentioned above, since a light-receiving surface electrode interrupts the incident sunlight, the energy amount which enters into a photovoltaic cell decreases according to the area which the light-receiving surface electrode occupies. On the other hand, it is conceivable to increase the light receiving area by narrowing the line width of the light receiving surface electrode. However, as the line width is decreased, it becomes difficult to obtain a good ohmic contact, and the contact resistance is increased. Since the current density decreases, the conversion efficiency decreases.
また、受光面電極の線幅を細くすると電極断面積が小さくなることからライン抵抗が増大する。ガラス量を少なくして導体成分割合を大きくすることで抵抗の増大を抑制することが考えられるが、ガラス量が少なくなるほど反射防止膜との反応性が低下し、延いてはファイヤースルー性が低下するから、オーミックコンタクトが一層悪くなる。 Further, when the line width of the light-receiving surface electrode is reduced, the electrode cross-sectional area is reduced, so that the line resistance increases. It is possible to suppress the increase in resistance by reducing the amount of glass and increasing the proportion of the conductor component, but as the amount of glass decreases, the reactivity with the anti-reflection film decreases, and consequently the fire-through property decreases. As a result, the ohmic contact becomes worse.
本発明は、以上の事情を背景として為されたもので、その目的は、オーミックコンタクトやライン抵抗の悪化を伴うことなく受光面電極の細線化が可能な太陽電池電極用ペースト組成物を提供することにある。 The present invention has been made in the background of the above circumstances, and an object thereof is to provide a solar cell electrode paste composition capable of thinning a light-receiving surface electrode without accompanying ohmic contact or deterioration of line resistance. There is.
斯かる目的を達成するため、本発明の要旨とするところは、導電性粉末と、ガラスフリットと、ベヒクルとを含む太陽電池電極用ペースト組成物であって、前記ガラスフリットが酸化物換算でLi2O 0.6〜18(mol%)、PbO 20〜65(mol%)、B2O3 1〜18(mol%)、SiO2 20〜65(mol%)の範囲内の割合で含むガラスから成ることにある。
In order to achieve such an object, the gist of the present invention is a paste composition for a solar cell electrode comprising a conductive powder, a glass frit, and a vehicle, wherein the glass frit is Li in terms of oxide. 2 O 0.6~18 (mol%),
このようにすれば、太陽電池電極用ペースト組成物は、これを構成するガラスフリットがLi2O 0.6〜18(mol%)、PbO 20〜65(mol%)、B2O3 1〜18(mol%)、SiO2 20〜65(mol%)の範囲内の割合で含むガラスから成ることから、反射防止膜上に塗布して受光面電極を形成するに際して優れたファイヤースルー性が得られるため、線幅を細くしても良好なオーミックコンタクトが得られる。しかも、本発明のペースト組成物は、優れたファイヤースルー性を有することから、良好なオーミックコンタクトを保ったままガラス量を減じることができるので、受光面電極のライン抵抗を一層低くできる利点がある。したがって、本発明の太陽電池電極用ペースト組成物によれば、オーミックコンタクトやライン抵抗の悪化を伴うことなく受光面電極の細線化が可能になる。この結果、細線化して受光面積を大きくしても十分に接触抵抗が低いことから曲線因子が低下しないので、光電変換効率の高い太陽電池セルが得られる。 In this way, the solar cell electrode paste composition is composed of Li 2 O 0.6-18 (mol%), PbO 20-65 (mol%), B 2 O 3 1-18 ( mol%), SiO 2 20 to 65 (mol%), because it is made of glass that contains it in a range of 20% to 65% (mol%). Even if the line width is reduced, a good ohmic contact can be obtained. In addition, since the paste composition of the present invention has excellent fire-through properties, the amount of glass can be reduced while maintaining good ohmic contact, so that there is an advantage that the line resistance of the light-receiving surface electrode can be further reduced. . Therefore, according to the solar cell electrode paste composition of the present invention, the light-receiving surface electrode can be thinned without accompanying ohmic contact or line resistance deterioration. As a result, even if the line is thinned and the light receiving area is increased, the contact resistance is sufficiently low, so that the fill factor does not decrease, so that a solar cell with high photoelectric conversion efficiency can be obtained.
また、上述したように細線化が可能であることから、高シート抵抗のシャローエミッタにも好適に用い得る利点がある。因みに、シャローエミッタは受光面側のn層厚みが70〜100(nm)と、従来のシリコン太陽電池セルの100〜200(nm)に比較して更に薄くされたもので、受光により発生した電気のうちpn接合に達する前に熱に変わって有効に利用できなかった部分が減じられるので、短絡電流が増大し、延いては発電効率が高められる利点がある。しかしながら、一般にドナー元素濃度が低下するため、Ag-Si間のバリア障壁が増加し、接触抵抗が高くなる。前記組成ガラスはドナー元素を十分に含有することができ、接触抵抗を低くすることができる。その反面で、n層が薄いことからファイヤースルーによる電極形成を一層厳しく制御する必要があるが、本発明の電極用ペースト組成物は前記組成のガラスを含むことから浸食性の制御が容易である。 In addition, since thinning is possible as described above, there is an advantage that it can be suitably used for a shallow emitter having a high sheet resistance. Incidentally, the shallow emitter has an n-layer thickness on the light-receiving surface side of 70 to 100 (nm), which is thinner than the conventional silicon solar cell 100 to 200 (nm). Among them, since the portion that cannot be effectively used by changing to heat before reaching the pn junction is reduced, there is an advantage that the short circuit current is increased and the power generation efficiency is increased. However, since the donor element concentration generally decreases, the barrier barrier between Ag and Si increases, and the contact resistance increases. The said composition glass can fully contain a donor element and can make contact resistance low. On the other hand, since the n layer is thin, it is necessary to more strictly control the electrode formation by fire-through. However, since the electrode paste composition of the present invention contains the glass of the above composition, erosion control is easy. .
なお、前記ガラスフリット組成において、PbOは、ガラスの軟化点を低下させる成分で、低温焼成を可能とするための成分で、良好なファイヤースルー性を得るためにはPbOが20(mol%)以上且つ65(mol%)以下であることが必要である。PbO量が20(mol%)未満では軟化点が高くなり過ぎるので反射防止膜へ浸食し難くなり、延いては良好なオーミックコンタクトが得られなくなる。一方、65(mol%)を越えると軟化点が低くなり過ぎるので浸食性が強くなり過ぎてpn接合が破壊される等の問題が生ずる。PbO量は、22.4(mol%)以上が一層好ましく、50.8(mol%)以下が一層好ましい。すなわち、22.4〜50.8(mol%)の範囲が更に好ましい。また、30〜40(mol%)程度が特に好ましい。 In the glass frit composition, PbO is a component that lowers the softening point of glass and is a component that enables low-temperature firing, and PbO is 20 (mol%) or more in order to obtain good fire-through properties. And it is necessary to be 65 (mol%) or less. If the amount of PbO is less than 20 (mol%), the softening point becomes too high, so that it is difficult to erode the antireflection film, and good ohmic contact cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 65 (mol%), the softening point becomes too low, so that the erosion becomes too strong and the pn junction is broken. The amount of PbO is more preferably 22.4 (mol%) or more, and further preferably 50.8 (mol%) or less. That is, the range of 22.4 to 50.8 (mol%) is more preferable. Moreover, about 30-40 (mol%) is especially preferable.
また、B2O3は、ガラス形成酸化物(すなわちガラスの骨格を作る成分)であり、ガラスの軟化点を低くするための成分で、良好なファイヤースルー性を得るためにはB2O3が1(mol%)以上且つ18(mol%)以下であることが必要である。B2O3量が1(mol%)未満では軟化点が高くなり過ぎるので反射防止膜へ浸食し難くなり、延いては良好なオーミックコンタクトが得られなくなると共に、耐湿性も低下する。特に、本願発明においてはガラス中にLiが含まれることから、B2O3が1(mol%)以上含まれていないと著しく熔け難くなる。一方、18(mol%)を越えると軟化点が低くなり過ぎるので浸食性が強くなり過ぎてpn接合が破壊される等の問題が生ずる。B2O3量は、2.8(mol%)以上が一層好ましく、12(mol%)以下が一層好ましい。すなわち、2.8〜12(mol%)の範囲が更に好ましい。また、6〜12(mol%)程度が特に好ましい。 B 2 O 3 is a glass-forming oxide (that is, a component that forms a glass skeleton), and is a component for lowering the softening point of glass. To obtain good fire-through properties, B 2 O 3 Is required to be 1 (mol%) or more and 18 (mol%) or less. If the amount of B 2 O 3 is less than 1 (mol%), the softening point becomes too high and it becomes difficult to erode into the antireflection film, and as a result, a good ohmic contact cannot be obtained and the moisture resistance also decreases. In particular, in the present invention, since Li is contained in the glass, it is extremely difficult to melt unless 1 (mol%) or more of B 2 O 3 is contained. On the other hand, if it exceeds 18 (mol%), the softening point becomes too low, so that the erosion becomes too strong and the pn junction is broken. The amount of B 2 O 3 is more preferably 2.8 (mol%) or more, and further preferably 12 (mol%) or less. That is, the range of 2.8 to 12 (mol%) is more preferable. Moreover, about 6-12 (mol%) is especially preferable.
また、SiO2は、ガラス形成酸化物であり、ガラスの耐化学性を高くするための成分で、良好なファイヤースルー性を得るためにはSiO2が20(mol%)以上且つ65(mol%)以下であることが必要である。SiO2量が20(mol%)未満では耐化学性が不足すると共にガラス形成が困難になり、一方、65(mol%)を越えると軟化点が高くなり過ぎて反射防止膜へ浸食し難くなり、延いては良好なオーミックコンタクトが得られなくなる。SiO2量は、27.0(mol%)以上が一層好ましく、48.5(mol%)以下が一層好ましい。すなわち、27.0〜48.5(mol%)の範囲が更に好ましい。また、30〜35(mol%)程度が特に好ましい。 In addition, SiO 2 is a glass-forming oxide, a component for increasing the chemical resistance of the glass, SiO 2 is 20 (mol%) or more and 65 (mol%) in order to obtain good fire-through properties ) It must be: If the amount of SiO 2 is less than 20 (mol%), chemical resistance is insufficient and glass formation becomes difficult.On the other hand, if it exceeds 65 (mol%), the softening point becomes too high and it is difficult to erode the antireflection film. As a result, a good ohmic contact cannot be obtained. The amount of SiO 2 is more preferably 27.0 (mol%) or more, and further preferably 48.5 (mol%) or less. That is, the range of 27.0 to 48.5 (mol%) is more preferable. Moreover, about 30-35 (mol%) is especially preferable.
また、Li2Oは、ガラスの軟化点を低下させる成分で、良好なファイヤースルー性を得るためには、Li2Oが0.6(mol%)以上且つ18(mol%)以下であることが必要である。Li2Oが0.6(mol%)未満では軟化点が高くなり過ぎ延いては反射防止膜への浸食性が不十分になる。一方、18(mol%)を越えると浸食性が強くなり過ぎるので却って電気的特性が低下する。因みに、Liは、拡散を促進することから一般に半導体に対しては不純物であって、特性を低下させる傾向があることから半導体用途では避けることが望まれるものである。特に、通常はPb量が多い場合にLiを含むと浸食性が強くなり過ぎて制御が困難になる傾向がある。しかしながら、上記のような太陽電池用途においては、Liを含むガラスを用いて特性低下が認められず、却って適量が含まれていることでファイヤースルー性が改善され、特性向上が認められた。Liはドナー元素であり、接触抵抗を低くすることもできる。しかも、Liを含む組成とすることにより、良好なファイヤースルー性を得ることのできるガラスの組成範囲が広くなることが認められた。尤も、太陽電池用途においても、過剰に含まれると浸食性が強くなり過ぎ、電気的特性が低下する傾向にある。Li2O量は、6(mol%)以上が一層好ましく、12(mol%)以下が一層好ましい。すなわち、6〜12(mol%)の範囲が更に好ましい。また、6(mol%)程度が特に好ましい。 Li 2 O is a component that lowers the softening point of glass, and Li 2 O must be 0.6 (mol%) or more and 18 (mol%) or less in order to obtain good fire-through properties. It is. If Li 2 O is less than 0.6 (mol%), the softening point becomes too high and the erosion property to the antireflection film becomes insufficient. On the other hand, if it exceeds 18 (mol%), the erodibility becomes too strong, and the electrical characteristics deteriorate. Incidentally, Li is generally an impurity for semiconductors because it promotes diffusion, and Li tends to deteriorate the characteristics, so it is desirable to avoid it in semiconductor applications. In particular, when the amount of Pb is usually large and Li is contained, the erodibility tends to be too strong and control tends to be difficult. However, in the solar cell application as described above, no deterioration in characteristics was observed using glass containing Li, and on the other hand, an appropriate amount was included, thereby improving the fire-through property and improving the characteristics. Li is a donor element and can reduce contact resistance. In addition, it was recognized that the composition range of the glass capable of obtaining good fire-through properties was increased by adopting a composition containing Li. However, even in solar cell applications, if it is excessively contained, the erodibility becomes too strong, and the electrical characteristics tend to deteriorate. The amount of Li 2 O is more preferably 6 (mol%) or more, and further preferably 12 (mol%) or less. That is, the range of 6 to 12 (mol%) is more preferable. Further, about 6 (mol%) is particularly preferable.
因みに、前記特許文献4,5には、0.1(wt%)以下(=0.58(mol%)以下)の微量のLiを含む鉛ガラスが記載されている。すなわち、電極用ペースト組成物にLiを含むガラスを用い得ることはこれらにも記載されている。しかしながら、これらではLiを含むことの利点は何ら記載されておらず、また、含有量を0.1(wt%)以下とする理由も示されていない。これに対して、本発明者等は、前述したように従来では到底許容できないと考えられていた程度まで多量のLiを含むガラスを用いることで、意外にもファイヤースルー性が改善され、電極パターンを細線化しても良好なオーミックコンタクトが得られることを見出し、本発明は斯かる知見に基づいて為されたものである。 Incidentally, Patent Documents 4 and 5 describe lead glass containing a very small amount of Li of 0.1 (wt%) or less (= 0.58 (mol%) or less). That is, it is also described that glass containing Li can be used for the electrode paste composition. However, these do not describe any advantage of including Li, nor does it indicate a reason for the content to be 0.1 (wt%) or less. On the other hand, the present inventors have unexpectedly improved the fire-through property by using a glass containing a large amount of Li to the extent that it has been thought that it has been conventionally unacceptable as described above, and the electrode pattern It has been found that a good ohmic contact can be obtained even if the wire is thinned, and the present invention has been made based on such knowledge.
なお、上記各成分は、ガラス中に如何なる形態で含まれているか必ずしも特定が困難であるが、これらの割合は何れも酸化物換算した値とした。 In addition, although it is difficult to specify in which form each of the above components is contained in the glass, these ratios are all values converted to oxides.
また、本発明の電極用ペーストを構成する前記ガラスは、その特性を損なわない範囲で他の種々のガラス構成成分や添加物を含み得る。例えば、Al、Zr、Na、Ca、Zn、Mg、K、Ti、Ba、Sr等が含まれていても差し支えない。Alはガラスの安定性を得るために有効な成分であるから、特性には殆ど影響しないが、含まれていることが好ましい。これらは例えば合計30(mol%)以下の範囲で含まれ得る。例えば、AlおよびTiはそれぞれ6(mol%)以下が好ましく、3(mol%)以下が一層好ましい。また、Znは30(mol%)以下が好ましく、15(mol%)以下が一層好ましい。これらAl,Ti,Znを適量含む組成とすることで、並列抵抗Rshが向上し、延いては開放電圧Vocおよび短絡電流Iscが向上するので一層高い電気的特性が得られる。 In addition, the glass constituting the electrode paste of the present invention may contain other various glass components and additives as long as the properties are not impaired. For example, Al, Zr, Na, Ca, Zn, Mg, K, Ti, Ba, Sr, etc. may be contained. Since Al is an effective component for obtaining the stability of the glass, it hardly affects the properties but is preferably contained. These may be included in a total range of 30 (mol%) or less, for example. For example, Al and Ti are each preferably 6 (mol%) or less, and more preferably 3 (mol%) or less. Zn is preferably 30 (mol%) or less, and more preferably 15 (mol%) or less. By using a composition containing appropriate amounts of these Al, Ti, and Zn, the parallel resistance Rsh is improved, and the open-circuit voltage Voc and the short-circuit current Isc are improved, so that higher electrical characteristics can be obtained.
ここで、好適には、前記ガラスフリットは平均粒径(D50)が0.3〜3.0(μm)の範囲内であり、ペースト全体に対して1〜20(vol%)の範囲内の割合で含まれるものである。ガラスフリットの平均粒径が小さすぎると電極の焼成時に融解が早すぎるため電気的特性が低下するが、0.3(μm)以上であれば適度な融解性が得られるので電気的特性が一層高められる。しかも、凝集が生じ難いのでペースト調製時に一層良好な分散性が得られる。また、ガラスフリットの平均粒径が導電性粉末の平均粒径よりも著しく大きい場合にも粉末全体の分散性が低下するが、3.0(μm)以下であれば一層良好な分散性が得られる。しかも、ガラスの一層の溶融性が得られる。また、ガラス量が1(vol%)以上であれば反射防止膜の融解性が一層高められるので一層良好なオーミックコンタクトが得られる。また、ガラス量が20(vol%)以下であれば絶縁層が一層形成され難いので一層高い導電性が得られる。したがって、一層良好なオーミックコンタクトを得るためには上記平均粒径およびペースト中における割合を共に満たすことが好ましい。ペースト中における割合は、2〜10(vol%)が特に好ましい。 Here, preferably, the glass frit has an average particle diameter (D50) in the range of 0.3 to 3.0 (μm), and is contained in a ratio in the range of 1 to 20 (vol%) with respect to the entire paste. Is. If the average particle size of the glass frit is too small, melting will be too early when the electrode is fired, resulting in a decrease in electrical characteristics, but if it is 0.3 (μm) or more, moderate melting properties can be obtained, so that the electrical characteristics are further enhanced. . In addition, since agglomeration is unlikely to occur, better dispersibility can be obtained during paste preparation. Also, the dispersibility of the entire powder is lowered when the average particle size of the glass frit is significantly larger than the average particle size of the conductive powder, but better dispersibility can be obtained when it is 3.0 (μm) or less. Moreover, a further melting property of the glass can be obtained. In addition, if the glass amount is 1 (vol%) or more, the melting property of the antireflection film is further improved, so that a better ohmic contact can be obtained. Further, if the amount of glass is 20 (vol%) or less, it is difficult to form a single insulating layer, so that higher conductivity can be obtained. Therefore, in order to obtain a better ohmic contact, it is preferable to satisfy both the average particle diameter and the ratio in the paste. The ratio in the paste is particularly preferably 2 to 10 (vol%).
なお、上記ガラスフリットの平均粒径は空気透過法による値である。空気透過法は、粉体層に対する流体(例えば空気)の透過性から粉体の比表面積を測定する方法をいう。この測定方法の基礎となるのは、粉体層を構成する全粒子の濡れ表面積とそこを通過する流体の流速および圧力降下の関係を示すコゼニー・カーマン(Kozeny-Carmann)の式であり、装置によって定められた条件で充填された粉体層に対する流速と圧力降下を測定して試料の比表面積を求める。この方法は充填された粉体粒子の間隙を細孔と見立てて、空気の流れに抵抗となる粒子群の濡れ表面積を求めるもので、通常はガス吸着法で求めた比表面積よりも小さな値を示す。求められた上記比表面積および粒子密度から粉体粒子を仮定した平均粒径を算出できる。 The average particle size of the glass frit is a value obtained by the air permeation method. The air permeation method is a method for measuring the specific surface area of a powder from the permeability of a fluid (for example, air) to a powder layer. The basis of this measurement method is the Kozeny-Carmann equation, which shows the relationship between the wetted surface area of all particles constituting the powder layer and the flow velocity and pressure drop of the fluid passing therethrough. The specific surface area of the sample is obtained by measuring the flow velocity and pressure drop with respect to the powder layer filled under the conditions determined by the above. In this method, the gap between the filled powder particles is regarded as pores, and the wetted surface area of the particles that resists the flow of air is determined. Usually, the value is smaller than the specific surface area determined by the gas adsorption method. Show. An average particle diameter assuming powder particles can be calculated from the obtained specific surface area and particle density.
また、好適には、前記導電性粉末は平均粒径(D50)が0.3〜3.0(μm)の範囲内の銀粉末である。導電性粉末としては銅粉末やニッケル粉末等も用い得るが、銀粉末が高い導電性を得るために最も好ましい。また、銀粉末の平均粒径が3.0(μm)以下であれば一層良好な分散性が得られるので一層高い導電性が得られる。また、0.3(μm)以上であれば凝集が抑制されて一層良好な分散性が得られる。なお、0.3(μm)未満の銀粉末は著しく高価であるため、製造コストの面からも0.3(μm)以上が好ましい。また、導電性粉末、ガラスフリット共に平均粒径が3.0(μm)以下であれば、細線パターンで電極を印刷形成する場合にも目詰まりが生じ難い利点がある。 Preferably, the conductive powder is a silver powder having an average particle diameter (D50) in the range of 0.3 to 3.0 (μm). Although copper powder, nickel powder, etc. can be used as the conductive powder, silver powder is most preferable in order to obtain high conductivity. Further, if the average particle size of the silver powder is 3.0 (μm) or less, better dispersibility can be obtained, and thus higher conductivity can be obtained. Moreover, if it is 0.3 (μm) or more, aggregation is suppressed and better dispersibility can be obtained. Since silver powder of less than 0.3 (μm) is extremely expensive, 0.3 (μm) or more is preferable from the viewpoint of manufacturing cost. Further, if the average particle diameter of both the conductive powder and the glass frit is 3.0 (μm) or less, there is an advantage that clogging hardly occurs even when the electrode is printed by a fine line pattern.
なお、前記銀粉末は特に限定されず、球状や鱗片状等、どのような形状の粉末が用いられる場合にも導電性を保ったまま細線化が可能であるという本発明の基本的効果を享受し得る。但し、球状粉を用いた場合が印刷性に優れると共に、塗布膜における銀粉末の充填率が高くなるため、導電性の高い銀が用いられることと相俟って、鱗片状等の他の形状の銀粉末が用いられる場合に比較して、その塗布膜から生成される電極の導電率が高くなる。そのため、必要な導電性を確保したまま線幅を一層細くすることが可能となることから、特に好ましい。 The silver powder is not particularly limited, and enjoys the basic effect of the present invention that thinning can be achieved while maintaining conductivity even when a powder of any shape such as a spherical shape or a scale shape is used. Can do. However, when the spherical powder is used, the printability is excellent and the filling rate of the silver powder in the coating film is increased, so that, together with the use of highly conductive silver, other shapes such as scales are used. Compared with the case where the silver powder of this is used, the electrical conductivity of the electrode produced | generated from the coating film becomes high. Therefore, it is particularly preferable because the line width can be further reduced while ensuring the necessary conductivity.
また、好適には、前記太陽電池電極用ペースト組成物は、25(℃)−20(rpm)における粘度が150〜250(Pa・s)の範囲内、粘度比(すなわち、10(rpm)における粘度/100(rpm)における粘度)が3〜8である。このような粘度特性を有するペーストを用いることにより、スキージングの際に好適に低粘度化してスクリーンメッシュを透過し、その透過後には高粘度に戻って印刷幅の広がりが抑制されるので、スクリーンを容易に透過して目詰まりを生じないなど印刷性を保ったまま細線パターンが容易に得られる。ペースト組成物の粘度は、160〜200(Pa・s)の範囲が一層好ましく、粘度比は3.2〜6.0の範囲が一層好ましい。また、設計線幅が100(μm)以下の細線化には粘度比4〜6が望ましい。 Also preferably, the solar cell electrode paste composition has a viscosity at 25 (° C.)-20 (rpm) in the range of 150 to 250 (Pa · s), a viscosity ratio (ie, 10 (rpm)). Viscosity / viscosity at 100 (rpm)) is 3-8. By using a paste having such a viscosity characteristic, the viscosity is suitably reduced during squeezing and transmitted through the screen mesh. After the transmission, the viscosity returns to a high viscosity and the expansion of the printing width is suppressed. Thus, a fine line pattern can be easily obtained while maintaining the printability such that clogging does not easily occur and clogging does not occur. The viscosity of the paste composition is more preferably in the range of 160 to 200 (Pa · s), and the viscosity ratio is more preferably in the range of 3.2 to 6.0. In addition, a viscosity ratio of 4 to 6 is desirable for thinning a design line width of 100 (μm) or less.
なお、線幅を細くしても断面積が保たれるように膜厚を厚くすることは、例えば、印刷製版の乳剤厚みを厚くすること、テンションを高くすること、線径を細くして開口径を広げること等でも可能である。しかしながら、乳剤厚みを厚くすると版離れが悪くなるので印刷パターン形状の安定性が得られなくなる。また、テンションを高くし或いは線径を細くすると、スクリーンメッシュが伸び易くなるので寸法・形状精度を保つことが困難になると共に印刷製版の耐久性が低下する問題がある。しかも、太幅で設けられることから膜厚を厚くすることが無用なバスバーも厚くなるため、材料の無駄が多くなる問題もある。 Note that increasing the film thickness so that the cross-sectional area can be maintained even if the line width is reduced includes, for example, increasing the emulsion thickness of the printing plate, increasing the tension, and reducing the line diameter. It is also possible to widen the aperture. However, when the emulsion thickness is increased, the separation of the plate is deteriorated, so that the stability of the printed pattern shape cannot be obtained. In addition, when the tension is increased or the wire diameter is reduced, the screen mesh is easily stretched, so that it is difficult to maintain the dimensional and shape accuracy and the durability of the printing plate making is lowered. In addition, since it is provided with a large width, a bus bar that is unnecessary to increase the film thickness is also increased, resulting in a problem of waste of material.
また、好適には、前記太陽電池電極用ペースト組成物は、前記導電性粉末を64〜90重量部、前記ベヒクルを3〜20重量部の範囲内の割合で含むものである。このようにすれば、印刷性が良好で線幅の細く導電性の高い電極を容易に形成できるペースト組成物が得られる。 Preferably, the paste composition for a solar cell electrode includes the conductive powder in a proportion in the range of 64 to 90 parts by weight and the vehicle in a range of 3 to 20 parts by weight. In this way, a paste composition can be obtained that can easily form an electrode having good printability, thin line width, and high conductivity.
また、本願発明の導電性組成物は、前述したようにファイヤースルーによる電極形成時の銀の拡散を好適に制御し得るものであるから、受光面電極に好適に用い得る。 In addition, since the conductive composition of the present invention can suitably control the diffusion of silver during the electrode formation by fire-through as described above, it can be suitably used for the light-receiving surface electrode.
また、前記ガラスフリットは、前記組成範囲でガラス化可能な種々の原料から合成することができ、例えば、酸化物、炭酸塩、硝酸塩等が挙げられるが、例えば、Si源としては二酸化珪素SiO2を、B源としては硼酸B2O3を、Pb源としては鉛丹Pb3O4を用い得る。 Further, the glass frit can be synthesized from various raw materials that can be vitrified within the composition range, and examples thereof include oxides, carbonates, nitrates, etc. Examples of the Si source include silicon dioxide SiO 2. As a B source, boric acid B 2 O 3 can be used, and as a Pb source, red lead Pb 3 O 4 can be used.
また、主要成分Si、B、Pbの他に、Al、Zr等の他の成分を含む組成とする場合には、例えばそれらの酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等を用いればよい。 Moreover, when it is set as the composition containing other components, such as Al and Zr, in addition to main components Si, B, and Pb, those oxides, hydroxides, carbonates, nitrates etc. may be used, for example.
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the drawings are appropriately simplified or modified, and the dimensional ratios, shapes, and the like of the respective parts are not necessarily drawn accurately.
図1は、本発明の一実施例の導電性組成物が適用されたシリコン系太陽電池10の断面構造を模式的に示す図である。図1において、太陽電池10は、例えばp型多結晶半導体であるシリコン基板12と、その上下面にそれぞれ形成されたn層14およびp+層16と、そのn層14上に形成された反射防止膜18および受光面電極20と、そのp+層16上に形成された裏面電極22とを備えている。上記シリコン基板12の厚さ寸法は例えば100〜200(μm)程度である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a silicon-based
上記のn層14およびp+層16は、シリコン基板12の上下面に不純物濃度の高い層を形成することで設けられたもので、その高濃度層の厚さ寸法はn層14が例えば70〜100(nm)程度、p+層16が例えば500(nm)程度である。n層14は、一般的なシリコン系太陽電池では100〜200(nm)程度であるが、本実施例ではそれよりも薄くなっており、シャローエミッタと称される構造を成している。なお、n層14に含まれる不純物は、n型のドーパント、例えば燐(P)で、p+層16に含まれる不純物は、p型のドーパント、例えばアルミニウム(Al)や硼素(B)である。
The
また、前記の反射防止膜18は、例えば、窒化珪素 Si3N4等から成る薄膜で、例えば可視光波長の1/4程度の光学的厚さ、例えば80(nm)程度で設けられることによって10(%)以下、例えば2(%)程度の極めて低い反射率に構成されている。
The
また、前記の受光面電極20は、例えば一様な厚さ寸法の厚膜導体から成るもので、図2に示されるように、受光面24の略全面に、多数本の細線部を有する櫛状を成す平面形状で設けられている。上記の厚膜導体は、Agを67〜98(wt%)の範囲内、例えば94.3(wt%)程度、およびガラスを2〜33(wt%)の範囲内、例えば5.7(wt%)程度を含む厚膜銀から成るもので、そのガラスは酸化物換算した値で、PbOを20〜65(mol%)の範囲内、例えば39(mol%)程度、B2O3を1〜18(mol%)の範囲内、例えば12.0(mol%)程度、SiO2を20〜65(mol%)の範囲内、例えば31.0(mol%)程度、Li2Oを0.6〜18(mol%)の範囲内、例えば6.0(mol%)程度、Al2O3を0〜6(mol%)の範囲内、例えば3(mol%)程度、TiO2を0〜6(mol%)の範囲内、例えば3(mol%)程度、ZnOを0〜30(mol%)の範囲内、例えば6(mol%)程度の割合でそれぞれ含む鉛ガラスである。また、上記の導体層の厚さ寸法は例えば20〜30(μm)の範囲内、例えば25(μm)程度で、細線部の各々の幅寸法は例えば80〜130(μm)の範囲内、例えば100(μm)程度で、十分に高い導電性を備えている。
The light-receiving
また、前記の裏面電極22は、p+層16上にアルミニウムを導体成分とする厚膜材料を略全面に塗布して形成された全面電極26と、その全面電極26上に帯状に塗布して形成された厚膜銀から成る帯状電極28とから構成されている。この帯状電極28は、裏面電極22に導線等を半田付け可能にするために設けられたものである。
The
本実施例の太陽電池10は、受光面電極20が前述したようにPbOを20〜65(mol%)の範囲内、B2O3を1〜18(mol%)の範囲内、SiO2を20〜65(mol%)の範囲内、Li2Oを0.6〜18(mol%)の範囲内、Al2O3を0〜6(mol%)の範囲内、TiO2を0〜6(mol%)の範囲内、ZnOを0〜30(mol%)の範囲内の割合でそれぞれ含む鉛ガラス組成の鉛ガラスを2〜33(wt%)の範囲で含む厚膜銀で構成されていることから、線幅が100(μm)程度に細くされているにも拘わらず、n層14との間で良好なオーミックコンタクトが得られ、接触抵抗が低くなっている。
In the
しかも、本実施例の受光面電極20は、前述したようにガラス量が5.7(wt%)程度と少量にされていることから高い導電性を有しているため、膜厚および線幅が何れも小さくされているにも拘わらずライン抵抗が低いので、接触抵抗が低いことと相俟って太陽電池10の光電変換効率が高められている。
In addition, since the light receiving
上記のような受光面電極20は、例えば、導体粉末と、ガラスフリットと、ベヒクルと、溶剤とから成る電極用ペーストを用いて良く知られたファイヤースルー法によって形成されたものである。その受光面電極形成を含む太陽電池10の製造方法の一例を以下に説明する。
The light receiving
まず、上記ガラスフリットを作製する。Li源として炭酸リチウム Li2CO3を、Si源として二酸化珪素 SiO2を、B源として硼酸 B2O3を、Pb源として鉛丹 Pb3O4を、Al源として酸化アルミニウム Al2O3を、Ti源として酸化チタン TiO2を、Zn源として酸化亜鉛 ZnOをそれぞれ用意し、前述した範囲内の適宜の組成となるように秤量して調合する。これを坩堝に投入して組成に応じた900〜1200(℃)の範囲内の温度で、30分〜1時間程度溶融し、急冷することでガラス化させる。このガラスを遊星ミルやボールミル等の適宜の粉砕装置を用いて粉砕する。粉砕後の平均粒径(D50)は例えば0.3〜3.0(μm)程度である。 First, the glass frit is produced. Lithium carbonate Li 2 CO 3 as Li source, silicon dioxide SiO 2 as Si source, boric acid B 2 O 3 as B source, red lead Pb 3 O 4 as Pb source, aluminum oxide as Al source Al 2 O 3 Are prepared by preparing titanium oxide TiO 2 as a Ti source and zinc oxide ZnO as a Zn source, respectively, and weighing and preparing so as to have an appropriate composition within the above-mentioned range. This is put into a crucible, melted at a temperature in the range of 900 to 1200 (° C.) according to the composition for about 30 minutes to 1 hour, and rapidly cooled to be vitrified. This glass is pulverized using an appropriate pulverizing apparatus such as a planetary mill or a ball mill. The average particle size (D50) after pulverization is, for example, about 0.3 to 3.0 (μm).
一方、導体粉末として、例えば、平均粒径(D50)が0.3〜3.0(μm)の範囲内の市販の球状の銀粉末を用意する。このような平均粒径が十分に小さい銀粉末を用いることにより、塗布膜における銀粉末の充填率を高め延いては導体の導電率を高めることができる。また、前記ベヒクルは、有機溶剤に有機結合剤を溶解させて調製したもので、有機溶剤としては、例えばブチルカルビトールアセテートが、有機結合剤としては、例えばエチルセルロースが用いられる。ベヒクル中のエチルセルロースの割合は例えば15(wt%)程度である。また、ベヒクルとは別に添加する溶剤は、例えばブチルカルビトールアセテートである。すなわち、これに限定されるものではないが、ベヒクルに用いたものと同じ溶剤でよい。この溶剤は、ペーストの粘度調整の目的で添加される。 On the other hand, as the conductor powder, for example, a commercially available spherical silver powder having an average particle diameter (D50) in the range of 0.3 to 3.0 (μm) is prepared. By using such silver powder having a sufficiently small average particle diameter, the filling rate of the silver powder in the coating film can be increased and the electrical conductivity of the conductor can be increased. The vehicle is prepared by dissolving an organic binder in an organic solvent. For example, butyl carbitol acetate is used as the organic solvent, and ethyl cellulose is used as the organic binder. The ratio of ethyl cellulose in the vehicle is, for example, about 15 (wt%). A solvent added separately from the vehicle is, for example, butyl carbitol acetate. That is, although it is not limited to this, the same solvent as that used for the vehicle may be used. This solvent is added for the purpose of adjusting the viscosity of the paste.
以上のペースト原料をそれぞれ用意して、例えば導体粉末を77〜88(wt%)、ガラスフリットを1〜10(wt%)、ベヒクルを7〜14(wt%)、溶剤を3〜5(wt%)の割合で秤量し、攪拌機等を用いて混合した後、例えば三本ロールミルで分散処理を行う。これにより、前記電極用ペーストが得られる。 Prepare the above paste raw materials, for example, conductor powder 77-88 (wt%), glass frit 1-10 (wt%), vehicle 7-14 (wt%), solvent 3-5 (wt %) And are mixed using a stirrer or the like, and then subjected to a dispersion treatment using, for example, a three-roll mill. Thereby, the electrode paste is obtained.
上記のようにして電極用ペーストを調製する一方、適宜のシリコン基板に例えば、熱拡散法やイオンプランテーション等の良く知られた方法で不純物を拡散し或いは注入して前記n層14およびp+層16を形成することにより、前記シリコン基板12を作製する。次いで、これに例えばPE−CVD(プラズマCVD)等の適宜の方法で窒化珪素薄膜を形成し、前記反射防止膜18を設ける。
While preparing the electrode paste as described above, the
次いで、上記の反射防止膜18上に前記図2に示すパターンで前記電極用ペーストをスクリーン印刷する。これを例えば150(℃)で乾燥し、更に、近赤外炉において740〜900(℃)の範囲内の温度で焼成処理を施す。これにより、その焼成過程で電極用ペースト中のガラス成分が反射防止膜18を溶かし、その電極用ペーストが反射防止膜18を破るので、電極用ペースト中の導体成分すなわち銀とn層14との電気的接続が得られ、前記図1に示されるようにシリコン基板12と受光面電極20とのオーミックコンタクトが得られる。受光面電極20は、このようにして形成される。
Next, the electrode paste is screen-printed on the
なお、前記裏面電極22は、上記工程の後に形成してもよいが、受光面電極20と同時に焼成して形成することもできる。裏面電極22を形成するに際しては、上記シリコン基板12の裏面全面に、例えばアルミニウムペーストをスクリーン印刷法等で塗布し、焼成処理を施すことによってアルミニウム厚膜から成る前記全面電極26を形成する。更に、その全面電極26の表面に前記電極用ペーストをスクリーン印刷法等を用いて帯状に塗布して焼成処理を施すことによって、前記帯状電極28を形成する。これにより、裏面全面を覆う全面電極26と、その表面の一部に帯状に設けられた帯状電極28とから成る裏面電極22が形成され、前記の太陽電池10が得られる。上記工程において、同時焼成で製造する場合には、受光面電極20の焼成前に印刷処理を施すことになる。
In addition, although the said back
ガラス組成を種々変更して、上記の製造工程に従って太陽電池10を製造し、市販のソーラーシミュレータを用いてその出力を測定して曲線因子FF値を評価した結果を、ガラス組成と併せて表1に示す。表1において、No.1〜4、6〜24、26〜29、32〜38、41、42、44、45、47〜50、53〜56、58〜63、65〜72、74〜91、93〜97、99、100が実施例で、その他が比較例である。一般に、太陽電池はFF値が70以上であれば使用可能とされているが、高いほど好ましいのはもちろんであり、本実施例においては、FF値が75より大きいものを合格とした。
Various changes were made to the glass composition, the
なお、各試料は平均粒径1.6(μm)の球状のAg粉と平均粒径1.5(μm)のガラスフリットとを用いて作製した。調合割合はAg粉 83(wt%)、ガラスフリット 5(wt%)、ベヒクル 8(wt%)、溶剤 5(wt%)を基本とし、印刷性を同等とするために、20(℃)−20(rpm)における粘度が160〜180(Pa・s)になるようにベヒクル量および溶剤量を調整した。また、受光面電極20を形成する際の印刷製版は、線径23(μm)のSUS325製スクリーンメッシュに20(μm)の乳剤を設けたものとした。また、グリッドラインの幅寸法が100(μm)となるように印刷条件を設定した。
Each sample was prepared using spherical Ag powder having an average particle size of 1.6 (μm) and glass frit having an average particle size of 1.5 (μm). The mixing ratio is based on Ag powder 83 (wt%), glass frit 5 (wt%), vehicle 8 (wt%), solvent 5 (wt%), and 20 (° C) − The amount of vehicle and the amount of solvent were adjusted so that the viscosity at 20 (rpm) was 160 to 180 (Pa · s). Further, the printing plate making for forming the light-receiving
上記表1には、実施例として、PbO-B2O3-SiO2-Li2Oの4成分系、PbO-B2O3-SiO2-Li2O-ZnOの5成分系、PbO-B2O3-SiO2-Li2O-Al2O3の5成分系、PbO-B2O3-SiO2-Li2O-TiO2の5成分系、PbO-B2O3-SiO2-Li2O-TiO2-ZnOの6成分系、PbO-B2O3-SiO2-Al2O3-Li2O-TiO2-ZnOの7成分系が示されている。実施例のNo.1〜4、20〜24、26〜29、38、41、42、44、45、47〜50、53〜56は4成分系であるが、PbOが20.0〜65.0(mol%)、B2O3が1.0〜18.0(mol%)、SiO2が20.0〜65.0(mol%)、Li2Oが0.6〜18.0(mol%)の範囲において、75を越えるFF値が得られた。この4成分系において、比較例を見ると、Li2Oが24.0(mol%)と多いNo.5、39ではそれぞれFF値が63、70に留まった。Li2Oが過剰になると、電極形成のための焼成時に浸食性が強くなり過ぎるためと考えられる。また、Li2Oが0.4(mol%)と少ないNo.25もFF値が73に留まった。また、B2O3が19.0(mol%)以上のNo.30、31、51、57でもFF値が73以下に留まった。これら実施例と比較例とを比較すれば、4成分系において、Li2Oが0.4(mol%)以下或いは24.0(mol%)以上になるか、B2O3が19.0(mol%)以上になると、特性が得られなくなることが判る。 In Table 1, as an example, PbO-B 2 O 3 -SiO 2 -Li 2 O 4 component system, PbO-B 2 O 3 -SiO 2 -Li 2 5 -component of the O-ZnO, PbO B 2 O 3 —SiO 2 —Li 2 O—Al 2 O 3 ternary system, PbO—B 2 O 3 —SiO 2 —Li 2 O—TiO 2 ternary system, PbO—B 2 O 3 —SiO 2 -Li 2 O-TiO 2 -ZnO six component system, 7-component system PbO-B 2 O 3 -SiO 2 -Al 2 O 3 -Li 2 O-TiO 2 -ZnO is shown. Examples Nos. 1 to 4, 20 to 24, 26 to 29, 38, 41, 42, 44, 45, 47 to 50, 53 to 56 are quaternary systems, but PbO is 20.0 to 65.0 (mol%). ), B 2 O 3 was 1.0 to 18.0 (mol%), SiO 2 was 20.0 to 65.0 (mol%), Li 2 O was 0.6 to 18.0 (mol%), and an FF value exceeding 75 was obtained. . In this four-component system, looking at a comparative example, the FF values stayed at 63 and 70 in Nos. 5 and 39, respectively, where Li 2 O was as high as 24.0 (mol%). It is thought that when Li 2 O is excessive, the erosion property becomes too strong during firing for electrode formation. Further, No. 25 having a low Li 2 O of 0.4 (mol%) also had an FF value of 73. Moreover, the FF value stayed at 73 or less even with Nos. 30, 31, 51 and 57 with B 2 O 3 of 19.0 (mol%) or more. When these Examples and Comparative Examples are compared, in a four-component system, Li 2 O is 0.4 (mol%) or less or 24.0 (mol%) or more, or B 2 O 3 is 19.0 (mol%) or more. Then, it can be seen that the characteristics cannot be obtained.
また、実施例のNo.12、13、32、33はAl2O3を含む5成分系で、この系では、PbOが30.0〜45.6(mol%)、B2O3が3.0〜5.0(mol%)、SiO2が35.0〜49.0(mol%)、Al2O3が3.0〜6.0(mol%)、Li2Oが12.0(mol%)の範囲で、何れも75を越えるFF値が得られた。 In Examples, Nos. 12, 13, 32, and 33 are five-component systems containing Al 2 O 3 , in which PbO is 30.0 to 45.6 (mol%), and B 2 O 3 is 3.0 to 5.0 (mol). %), SiO 2 35.0 to 49.0 (mol%), Al 2 O 3 3.0 to 6.0 (mol%), Li 2 O 12.0 (mol%), and FF values exceeding 75 are all obtained. It was.
また、実施例のNo.14、15、34、35はTiO2を含む5成分系で、この系では、PbOが30.0〜45.6(mol%)、B2O3が3.0〜5.0(mol%)、SiO2が35.0〜49.0(mol%)、Li2Oが12.0(mol%)、TiO2が3.0〜6.0(mol%)の範囲で、何れも75を越えるFF値が得られた。 In Examples, Nos. 14, 15, 34, and 35 are ternary systems containing TiO 2 , in which PbO is 30.0 to 45.6 (mol%) and B 2 O 3 is 3.0 to 5.0 (mol%). , SiO 2 is 35.0~49.0 (mol%), Li 2 O is 12.0 (mol%), TiO 2 is in the range of 3.0~6.0 (mol%), both FF value exceeding 75 was obtained.
また、実施例のNo.6〜11、16〜19、36、37、58〜63はZnOを含む5成分系で、この系では、PbOが30.0〜49.0(mol%)、B2O3が3.0〜12.0(mol%)、SiO2が24.4〜49.0(mol%)、Li2Oが6.0〜12.0(mol%)、ZnOが3.0〜30.0(mol%)の範囲で、何れも75を越えるFF値が得られた。 Further, Nos. 6 to 11, 16 to 19, 36, 37, 58 to 63 in Examples are five-component systems containing ZnO. In this system, PbO is 30.0 to 49.0 (mol%), and B 2 O 3 is 3.0~12.0 (mol%), SiO 2 is 24.4~49.0 (mol%), Li 2 O is 6.0~12.0 (mol%), ZnO is in the range of 3.0~30.0 (mol%), both exceeding 75 FF A value was obtained.
また、実施例のNo.79〜82、93〜96、100はLi2O、TiO2、ZnOを含む6成分系、すなわちAl2O3を含まない系であるが、この系では、PbOが25.9〜42.3(mol%)、B2O3が6.0〜12.0(mol%)、SiO2が24.4〜41.1(mol%)、Li2Oが6.0〜12.0(mol%)、TiO2が6.0(mol%)、ZnOが6.0〜15.0(mol%)の範囲で、何れも75を越えるFF値が得られた。 Examples Nos. 79 to 82, 93 to 96, and 100 are six-component systems containing Li 2 O, TiO 2 , and ZnO, that is, systems that do not contain Al 2 O 3. 25.9~42.3 (mol%), B 2 O 3 is 6.0~12.0 (mol%), SiO 2 is 24.4~41.1 (mol%), Li 2 O is 6.0~12.0 (mol%), TiO 2 is 6.0 (mol %), ZnO was in the range of 6.0 to 15.0 (mol%), and FF values exceeding 75 were obtained in all cases.
また、実施例のNo.65〜72、74〜78、83〜91はAl2O3、Li2O、TiO2、ZnOを何れも含む7成分系であるが、PbOが22.4〜45(mol%)、B2O3が3.0〜18.0(mol%)、SiO2が21.7〜41.1(mol%)、Al2O3が3.0(mol%)、Li2Oが0.6〜18.0(mol%)、TiO2が3.0(mol%)、ZnOが6.0〜15.0(mol%)の範囲で、何れも75を越えるFF値が得られた。この7成分系において比較例を見ると、B2O3が19(mol%)以上と多いNo.73、92と、Li2Oが0.4(mol%)と少ないNo.64では、FF値が73以下に留まった。 Further, Nos. 65 to 72, 74 to 78, and 83 to 91 in the examples are 7-component systems including all of Al 2 O 3 , Li 2 O, TiO 2 , and ZnO, but PbO is 22.4 to 45 (mol). %), B 2 O 3 is 3.0 to 18.0 (mol%), SiO 2 is 21.7 to 41.1 (mol%), Al 2 O 3 is 3.0 (mol%), Li 2 O is 0.6 to 18.0 (mol%), FF values exceeding 75 were obtained in the range of TiO 2 of 3.0 (mol%) and ZnO of 6.0 to 15.0 (mol%). Looking at the comparative example in this 7-component system, the FF value is No. 73 and 92 where B 2 O 3 is as high as 19 (mol%) or more, and No. 64 where Li 2 O is as low as 0.4 (mol%). Stayed below 73.
また、比較例のNo.40、43のようにLi2Oを欠く3成分系ではFF値が小さく、特に、Si量が68(mol%)と多いNo.40はFF値が38と極めて低い結果であった。また、比較例のNo.46、52のようにB2O3を欠く3成分系もFF値が75未満に留まった。 Moreover, the FF value is small in the three-component system lacking Li 2 O like No. 40 and 43 in the comparative example, and especially, No. 40 having a large Si amount of 68 (mol%) has an extremely low FF value of 38. It was a result. Further, the FF value of the three-component system lacking B 2 O 3 as well as the comparative examples Nos. 46 and 52 remained below 75.
上記表1に示される本実施例の評価結果によれば、前述した範囲内の組成を有するガラスフリットを用いることにより、受光面電極20の線幅を100(μm)程度と細くしても、75を越えるFF値が得られる。前述したようにペースト全体に対して5(wt%)程度の少ないガラス量でも優れたファイヤースルー性が得られて良好なオーミックコンタクトが得られるので、ライン抵抗を低く保ったまま受光面電極20の細線化が可能となって、受光面積が大きくなる効果が好適に享受できるためと考えられる。すなわち、本実施例のペースト組成物は、ガラスフリットがLi2O 0.6〜18(mol%)、PbO 20〜65(mol%)、B2O3 1〜18(mol%)、SiO2 20〜65(mol%)の範囲内の割合で含むガラスから成ることから、反射防止膜18上に塗布して受光面電極20を形成するに際して優れたファイヤースルー性が得られるため、線幅を細くしても良好なオーミックコンタクトが得られる。この結果、良好なオーミックコンタクトを保ったままガラス量を減じることができるので、受光面電極20のライン抵抗を一層低くできる。したがって、オーミックコンタクトやライン抵抗の悪化を伴うことなく受光面電極20の細線化が可能になるため、細線化して受光面積を大きくしても十分に接触抵抗が低いことからFF値が低下しないので、光電変換効率の高い太陽電池10が得られる。
According to the evaluation result of this example shown in Table 1 above, even when the line width of the light-receiving
また、上記表1に示す結果によれば、例えば3(mol%)以上の多量のLi2Oを含む組成とすれば、幅広いガラス組成で優れたファイヤースルー性が得られ、延いては光電変換効率の高い太陽電池10を製造できる電極用ペースト組成物が得られることが判る。
Further, according to the results shown in Table 1 above, for example, if the composition contains a large amount of Li 2 O of 3 (mol%) or more, excellent fire-through properties can be obtained with a wide range of glass compositions, and consequently photoelectric conversion. It turns out that the paste composition for electrodes which can manufacture the
下記の表2は、0.3〜3.0(μm)の範囲で平均粒径の異なるAg粉を用意すると共に、前記ガラスフリットの平均粒径も0.3〜4.0(μm)の範囲で変化させて、電極用ペーストを調製し、受光面電極20を形成して太陽電池10の特性を評価した結果をまとめたものである。Ag粉欄のA〜Fは銀粉末の種類を表しており、平均粒径はそれぞれAが3.0(μm)、Bが2.2(μm)、Cが1.6(μm)、Dが0.8(μm)、Eが0.5(μm)、Fが0.3(μm)である。また、ガラス欄のフリットNo.は前記表1に示した試料No.に対応している。左端欄のNo.は、Ag粉種類とフリットNo.との組合せで表した。同一の組合せでガラスの平均粒径が異なるものには枝番号を付して区別した。特に示さない条件は表1に示す評価と同一である。
Table 2 below provides Ag powders with different average particle sizes in the range of 0.3 to 3.0 (μm), and the average particle size of the glass frit is also changed in the range of 0.3 to 4.0 (μm). The results of preparing the paste and forming the light-receiving
上記評価結果に示されるように、No.69のフリットを用いたA69〜F69の試料において、Ag粉末粒径が0.3〜3.0(μm)の全範囲で、調合仕様を特に変更することなく75を越えるFF値が得られた。少なくとも評価した範囲ではAg粉の粒径は特に限定されず、0.3〜3.0(μm)の何れでも用い得る。 As shown in the above evaluation results, in the sample of A69 to F69 using the No. 69 frit, the Ag powder particle size is 0.3 to 3.0 (μm) in the whole range, 75 without changing the formulation specification. An FF value exceeding 1 was obtained. At least in the evaluated range, the particle size of the Ag powder is not particularly limited, and any particle size of 0.3 to 3.0 (μm) can be used.
また、Ag粉Cを用いたC69-1〜C68の試料は、ガラスフリットの種類と粒径を種々変更したものであるが、ガラスフリットNo.68、69、78、98の何れを用いた場合にも、75を越えるFF値が得られた。C69-1、C69-2は、同一のガラス組成で粒径を0.8(μm)および3.0(μm)としたものであるが、ガラス量を若干変更した他は略同様な仕様で何れも良好な結果が得られた。また、C98-1、C68は粘度を調整する目的でベヒクル量を多くしたが、他の試料と同様に100(μm)の線幅で受光面電極20を形成でき、75を越えるFF値を得ることができた。また、C78-1では、ガラス量が1(wt%)でも良好な結果が得られている。多量の、例えば6.0(mol%)のLi2Oを含むガラス組成とすることにより、浸食性が高められるため、ガラス量が少なくても良好なオーミックコンタクトが得られ、ライン抵抗も低くなるものと考えられる。
In addition, the samples C69-1 to C68 using Ag powder C are obtained by variously changing the type and particle size of the glass frit. When any of the glass frit Nos. 68, 69, 78, and 98 is used. In addition, an FF value exceeding 75 was obtained. C69-1 and C69-2 have the same glass composition and particle sizes of 0.8 (μm) and 3.0 (μm). Results were obtained. In addition, C98-1 and C68 increased the amount of vehicle for the purpose of adjusting the viscosity. However, like other samples, the light-receiving
また、F98の試料は、F69の試料に対してガラスフリットのみを変更したものであるが、その他は同一の仕様として、何れも良好な結果を得ることができた。すなわち、ガラス種類の相違による影響は特に認められなかった。 In addition, the F98 sample was obtained by changing only the glass frit with respect to the F69 sample. That is, no particular effect was observed due to the difference in glass type.
また、C69-3、C69-4は、ガラス粒径の上下限値を確かめたものであるが、フリットNo.69を平均粒径0.3(μm)に粉砕して用いた場合には、1(wt%)の調合量で75を越えるFF値が得られた。一方、4.0(μm)に粉砕した場合には、5(wt%)の調合量としても70程度のFF値に留まった。 Further, C69-3, C69-4 confirmed the upper and lower limits of the glass particle size, but when frit No. 69 was used after pulverized to an average particle size of 0.3 (μm), 1 ( FF value exceeding 75 was obtained with the blending amount of wt%). On the other hand, when the powder was pulverized to 4.0 (μm), the FF value remained at about 70 as the blending amount of 5 (wt%).
以上の結果によれば、Ag粉の粒径は特に限定されず、ガラス種類も前記表1に示す実施例の範囲内であれば特に限定されないが、平均粒径は3.0(μm)以下が好ましいと言える。 According to the above results, the particle size of Ag powder is not particularly limited, and the glass type is not particularly limited as long as it is within the range of the examples shown in Table 1, but the average particle size is preferably 3.0 (μm) or less. It can be said.
以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail with reference to drawings, this invention can be implemented also in another aspect, A various change can be added in the range which does not deviate from the main point.
例えば、前記実施例においては、反射防止膜18が窒化珪素膜から成るものであったが、その構成材料は特に限定されず、一般に太陽電池に用いられる二酸化チタンTiO2等の他の種々の材料から成るものを同様に用い得る。
For example, in the above embodiment, the
また、実施例においては、本発明がシリコン系太陽電池10に適用された場合について説明したが、本発明は、ファイヤースルー法で受光面電極を形成することのできる太陽電池であれば適用対象の基板材料は特に限定されない。
In the embodiments, the case where the present invention is applied to the silicon-based
10:太陽電池、12:シリコン基板、14:n層、16:p+層、18:反射防止膜、20:受光面電極、22:裏面電極、24:受光面、26:全面電極、28:帯状電極 10: solar cell, 12: silicon substrate, 14: n layer, 16: p + layer, 18: antireflection film, 20: light receiving surface electrode, 22: back electrode, 24: light receiving surface, 26: full surface electrode, 28: Strip electrode
Claims (3)
前記ガラスフリットが酸化物換算でLi2O 0.6〜18(mol%)、PbO 20〜65(mol%)、B2O3 1〜18(mol%)、SiO2 20〜65(mol%)の範囲内の割合で含むガラスから成ることを特徴とする太陽電池電極用ペースト組成物。 A solar cell electrode paste composition comprising a conductive powder, a glass frit, and a vehicle,
The glass frit is Li 2 O 0.6-18 (mol%), PbO 20-65 (mol%), B 2 O 3 1-18 (mol%), SiO 2 20-65 (mol%) in terms of oxide. A paste composition for a solar cell electrode, comprising a glass contained in a proportion within the range.
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